CN115207420A - 燃料电池的气流控制系统、方法及其燃料电池系统 - Google Patents

燃料电池的气流控制系统、方法及其燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池的气流控制系统、方法及其燃料电池系统，涉及燃料电池控制领域，该系统用于控制燃料电池堆的进气和排气，至少包括：空压机、中冷器、空压机能量回收涡轮以及至少一个截止阀；其中，空压机的进气口用于输入外界空气；空压机的出气口与中冷器相连接；中冷器的出气口经过第一截止阀与燃料电池堆的进气口相连接；燃料电池堆的出气口与空压机能量回收涡轮的进气口相连接；空压机能量回收涡轮与空压机的叶轮同轴连接；空压机能量回收涡轮的出气口用于输出燃料电池堆产生的废气；通过空压机能量回收涡轮可将燃料电池堆中废气所带的动能进行回收并用于空压机的运转，从而提高空压机的运转效率，进而提升燃料电池系统的效率。

Description

燃料电池的气流控制系统、方法及其燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池控制领域，尤其是涉及一种燃料电池的气流控制系统、方法及其燃料电池系统。
背景技术
燃料电池是一种将氢气与氧气反应所产生的化学能转化为电能的新能源电池，以其零排放、效率高、燃料来源广、能源可再生等诸多优势，被认为是未来新能源汽车的重要发展方向。由于燃料电池中的发电过程是气体反应，因此需要对燃料电池中的气流提供动力，进而对气流进行控制以实现发电过程。向气流提供动力的过程是通过空压机来实现的，而空压机的执行效率直接决定着燃料电池系统的效率，因此如何提升空压机效率是提升燃料电池系统效率的关键因素。
现有燃料电池产生的废气一般都是直接排出，而在空压机的作用下这些废气还具有一定的能量，但现有技术中缺乏对这部分能量进行回收的相关技术手段。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料电池的气流控制系统、方法及其燃料电池系统，利用燃料电池的气流控制系统中的空压机能量回收涡轮，可将燃料电池堆中废气所带的动能进行回收并用于空压机的运转，从而提高空压机的运转效率，进而提升燃料电池系统的效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池的气流控制系统，该系统用于控制燃料电池堆的进气和排气，该系统至少包括：空压机、中冷器、空压机能量回收涡轮以及至少一个截止阀；燃料电池的气流控制系统中的上述组件之间通过密封管道相连接；
其中，空压机的进气口用于输入外界空气；空压机的出气口与中冷器相连接；中冷器的出气口经过第一截止阀与燃料电池堆的进气口相连接；燃料电池堆的出气口与空压机能量回收涡轮的进气口相连接；空压机能量回收涡轮与空压机的叶轮同轴连接；空压机能量回收涡轮的出气口用于输出燃料电池堆产生的废气；
其中，空压机，用于将外界空气输入至燃料电池堆；
中冷器，用于对外界空气进行冷却；
第一截止阀，用于当燃料电池堆的进气口处的密封管道中没有气流时，对燃料电池堆的进气口进行密封；
空压机能量回收涡轮，用于利用燃料电池堆产生的废气带动与空压机能量回收涡轮同轴的空压机的叶轮，向空压机提供动力。
在一些实施方式中，燃料电池的气流控制系统还包括：涡轮转速控制器；涡轮转速控制器与空压机能量回收涡轮相连接；
涡轮转速控制器，用于根据燃料电池堆的进气需求调节空压机能量回收涡轮的转速。
在一些实施方式中，涡轮转速控制器中设置有转速计算单元；转速计算单元用于根据燃料电池堆的运行参数确定空压机能量回收涡轮的转速；
转速计算单元在确定空压机能量回收涡轮的转速时，采用如下算式：
Figure P_220829165455432_432824001
；
其中；
Figure P_220829165455464_464068001
为空压机能量回收涡轮的转速，单位rpm；
Figure P_220829165455480_480650002
为转速前馈值；
Figure P_220829165455512_512400003
为比例系数；
Figure P_220829165455528_528053004
为燃料电池堆的目标入堆压力与实际入堆压力的压差，单位kpa；
Figure P_220829165455590_590550005
为积分系数；t为积分时间，单位s。
在一些实施方式中，转速计算单元还包括：目标入堆压力计算模块；目标入堆压力计算模块用于根据燃料电池堆的电流参数计算燃料电池堆的目标入堆压力；
目标入堆压力计算模块在计算燃料电池堆的目标入堆压力时，采用如下算式：
Figure P_220829165455621_621793001
；
其中，
Figure P_220829165455653_653067001
为燃料电池堆的目标入堆压力，单位kpa；
Figure P_220829165455668_668650002
为燃料电池堆的当前目标运行电流，单位A。
在一些实施方式中，燃料电池的气流控制系统还包括：涡轮扇叶角度控制器；涡轮扇叶角度控制器与空压机能量回收涡轮相连接；
涡轮扇叶角度控制器，用于根据燃料电池堆的进气需求调节空压机能量回收涡轮的扇叶角度。
在一些实施方式中，涡轮扇叶角度控制器中设置有涡轮扇叶角度调节单元；涡轮扇叶角度调节单元用于根据燃料电池堆的功率值确定空压机能量回收涡轮的扇叶角度；
当燃料电池堆的功率值小于第一功率阈值时，涡轮扇叶角度调节单元控制空压机能量回收涡轮的扇叶角度减小；
当燃料电池堆的功率值大于第二功率阈值时，涡轮扇叶角度调节单元控制空压机能量回收涡轮的扇叶角度增大。
在一些实施方式中，燃料电池的气流控制系统还包括：第二截止阀；第二截止阀设置在燃料电池堆的出气口与空压机能量回收涡轮的进气口之间；
第二截止阀，用于当燃料电池堆的出气口处的密封管道中没有气流时，对燃料电池堆的出气口进行密封。
在一些实施方式中，燃料电池的气流控制系统还包括：排气背压控制器；排气背压控制器分别与空压机能量回收涡轮和燃料电池堆相连接；
排气背压控制器，用于根据燃料电池堆的排气背压需求调节空压机能量回收涡轮的工作状态，并控制燃料电池堆的废水排出。
第二方面，本发明实施例提供了一种燃料电池的气流控制方法，该燃料电池的气流控制方法应用于第一方面提到的燃料电池的气流控制系统；该方法用于控制燃料电池堆的进气和排气；燃料电池的气流控制系统至少包括：空压机、中冷器、空压机能量回收涡轮以及至少一个截止阀；
该方法包括：
根据燃料电池堆的目标入堆压力控制空压机将外界空气通过中冷器输入至燃料电池堆的进气口；其中，进气口中设置的第一截止阀在燃料电池堆的进气口处的密封管道中没有气流时，对燃料电池堆的进气口进行密封；
获取燃料电池堆的实际入堆压力，根据实际入堆压力与目标入堆压力的压差确定空压机能量回收涡轮的调节参数；
利用调节参数对空压机能量回收涡轮的扇叶角度及转速进行调节，控制空压机的工作状态，使得燃料电池堆的实际入堆压力等于目标入堆压力。
第三方面，本发明实施例提供了一种燃料电池系统，燃料电池系统至少包括燃料电池堆以及气流控制系统；其中，气流控制系统为上述第一方面提到的燃料电池的气流控制系统；
气流控制系统对燃料电池堆中的气流进行控制时，采用第二方面提到的燃料电池的气流控制方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如第二方面提供的燃料电池的气流控制方法的步骤。
第五方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时实现上述第二方面提供的燃料电池的气流控制方法的步骤。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明提供了一种燃料电池的气流控制系统、方法及其燃料电池系统，该系统用于控制燃料电池堆的进气和排气，至少包括：空压机、中冷器、空压机能量回收涡轮以及至少一个截止阀；燃料电池的气流控制系统中的上述组件之间通过密封管道相连接；其中，空压机的进气口用于输入外界空气；空压机的出气口与中冷器相连接；中冷器的出气口经过第一截止阀与燃料电池堆的进气口相连接；燃料电池堆的出气口与空压机能量回收涡轮的进气口相连接；空压机能量回收涡轮与空压机的叶轮同轴连接；空压机能量回收涡轮的出气口用于输出燃料电池堆产生的废气。具体的，空压机，用于将外界空气输入至燃料电池堆；中冷器，用于对外界空气进行冷却；第一截止阀，用于当燃料电池堆的进气口处的密封管道中没有气流时，对燃料电池堆的进气口进行密封；空压机能量回收涡轮，用于利用燃料电池堆产生的废气带动与空压机能量回收涡轮同轴的空压机的叶轮，向空压机提供动力。当利用该燃料电池的气流控制系统对燃料电池堆的进气和排气进行控制过程中，首先根据燃料电池堆的目标入堆压力控制空压机将外界空气通过中冷器输入至燃料电池堆的进气口；然后获取燃料电池堆的实际入堆压力，并根据实际入堆压力与目标入堆压力的压差确定空压机能量回收涡轮的调节参数；最后利用调节参数对空压机能量回收涡轮的扇叶角度及转速进行调节，控制空压机的工作状态，使得燃料电池堆的实际入堆压力等于目标入堆压力。可见，通过该燃料电池的气流控制系统中的空压机能量回收涡轮，可将燃料电池堆中废气所带的动能进行回收并用于空压机的运转，从而提高空压机的运转效率，进而提升燃料电池系统的效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种燃料电池的气流控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种燃料电池的气流控制系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种燃料电池的气流控制方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种燃料电池系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
图标：
10-燃料电池堆；20-气流控制系统；
100-空压机；200-中冷器；300-空压机能量回收涡轮；
410-第一截止阀；420-第二截止阀；
500-涡轮转速控制器；510-转速计算单元；520-目标入堆压力计算模块；
600-涡轮扇叶角度控制器；610-涡轮扇叶角度调节单元；
700-排气背压控制器；
101-处理器；102-存储器；103-总线；104-通信接口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
燃料电池是一种将氢气与氧气反应所产生的化学能转化为电能的新能源电池，以其零排放、效率高、燃料来源广、能源可再生等诸多优势，被认为是未来新能源汽车的重要发展方向。
由于燃料电池中的发电过程是气体反应，因此需要对燃料电池中的气流提供动力，进而对气流进行控制以实现发电过程。向气流提供动力的过程是通过空压机来实现的，而空压机的执行效率直接决定着燃料电池系统的效率，因此如何提升空压机效率是提升燃料电池系统效率的关键因素。
基于此，本发明实施例提供了一种燃料电池的气流控制系统、方法及其燃料电池系统，利用燃料电池的气流控制系统中的空压机能量回收涡轮，可将燃料电池堆中废气所带的动能进行回收并用于空压机的运转，从而提高空压机的运转效率，进而提升燃料电池系统的效率。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种燃料电池的气流控制系统进行详细介绍。具体如图1所示，该燃料电池的气流控制系统用于控制燃料电池堆10的进气和排气，该系统至少包括：空压机100、中冷器200、空压机能量回收涡轮300以及至少一个截止阀；燃料电池的气流控制系统中的上述组件之间通过密封管道相连接。
其中，空压机100的进气口用于输入外界空气；空压机100的出气口与中冷器200相连接；中冷器200的出气口经过第一截止阀410与燃料电池堆10的进气口相连接；燃料电池堆10的出气口与空压机能量回收涡轮300的进气口相连接；空压机能量回收涡轮300与空压机100的叶轮同轴连接；空压机能量回收涡轮300的出气口用于输出燃料电池堆10产生的废气。
具体的说，空压机100，用于将外界空气输入至燃料电池堆10，是气流实现流动的核心动力组件。空压机100将外界空气进行压缩后经过密封管道输送到中冷器200，中冷器200将外界空气进行冷却，并在空压机100的推动下将空气输送至燃料电池堆10中。这部分空气在进入燃料电池堆10之前，需要经过第一截止阀410，第一截止阀410用于当燃料电池堆10的进气口处的密封管道中没有气流时对燃料电池堆的进气口进行密封。具体的说，第一截止阀410是机械单向截止阀，当密封管道中有气流时能够吹动该阀门打开，从而实现空气流动；当密封管道中没有空气流动时，阀门会自动关闭，从而对燃料电池堆10进行密封。
气流进入燃料电池堆10后发生反应，产生电力、热量以及废气，所产生废气在气流压力的作用下仍然具有一定的压力和流速，这部分能量最终通过空压机能量回收涡轮300进行收集。空压机能量回收涡轮300用于利用燃料电池堆10产生的废气带动与空压机能量回收涡轮300同轴的空压机100的叶轮，向空压机提供动力。在对燃料电池堆的进气和排气进行控制的过程中，需要将燃料电池堆10中的入堆压力作为调节能量回收涡轮转速的核心参数，使其在满足燃料电池堆10的入堆压力的前提下还可以实现废气的能量回收，通过带动与空压机能量回收涡轮300同轴的空压机100的叶轮使得空压机动力进一步提升，从而提升空压机100的效率，提高燃料电池堆10的工作运转效率。
如图2所示的另一种燃料电池的气流控制系统可知，燃料电池的气流控制系统还包括：涡轮转速控制器500；涡轮转速控制器500与空压机能量回收涡轮300相连接；涡轮转速控制器500，用于根据燃料电池堆10的进气需求调节空压机能量回收涡轮300的转速。
空压机能量回收涡轮300为传统叶片固定式涡轮，涡轮后端装有涡轮转速控制器500，可通过涡轮转速控制器500调节涡轮的转速，进而通过调节不同大小的涡轮转速来实现控制燃料电池堆10的入口压力，以实现在燃料电池堆10在不同运行工况下调节空压压比，实现能量的回收。
涡轮转速控制器500可通过控制涡轮转速来实现空压机能量回收涡轮300的控制。具体的说，在一些实施方式中，涡轮转速控制器500中设置有转速计算单元510；转速计算单元510用于根据燃料电池堆10的运行参数确定空压机能量回收涡轮的转速。
转速计算单元510在确定涡轮的转速时，采用如下算式：
Figure P_220829165455687_687685001
；
其中；
Figure P_220829165455719_719490001
为空压机能量回收涡轮的转速，单位rpm；
Figure P_220829165455750_750723002
为转速前馈值，其与燃料电池堆的目标入堆压力与实际入堆压力的压差有关；
Figure P_220829165455766_766334003
为比例系数，其与燃料电池堆的目标入堆压力与实际入堆压力的压差有关；
Figure P_220829165455781_781941004
为燃料电池堆的目标入堆压力与实际入堆压力的压差，单位kpa；
Figure P_220829165455813_813189005
为积分系数，其与燃料电池堆的目标入堆压力与实际入堆压力的压差有关；t为积分时间，单位s。
在一些实施方式中，转速计算单元510还包括：目标入堆压力计算模块520；目标入堆压力计算模块520用于根据燃料电池堆10的电流参数计算燃料电池堆10的目标入堆压力；
目标入堆压力计算模块520在计算燃料电池堆10的目标入堆压力时，采用如下算式：
Figure P_220829165455828_828826001
；
其中，
Figure P_220829165455860_860065001
为燃料电池堆的目标入堆压力，单位kpa；
Figure P_220829165455875_875697002
为燃料电池堆的当前目标运行电流，单位A。实际场景中，当前目标运行电流
Figure P_220829165455895_895715003
还通过以下算式计算得到：
Figure P_220829165455927_927470001
；
其中，
Figure P_220829165455943_943103001
为请求功率，单位是W；
Figure P_220829165455974_974331002
为当前燃料电池堆的输出电压，单位是V。
通过上述方式，即可在燃料电池堆工作后，根据其目标入堆压力实时动态计算空压机能量回收涡轮的转速，进而实现将燃料电池堆中废气所带的动能进行回收并用于空压机的运转。
在一些实施方式中，燃料电池的气流控制系统还包括：涡轮扇叶角度控制器600；涡轮扇叶角度控制器600与空压机能量回收涡轮300相连接；
涡轮扇叶角度控制器600，用于根据燃料电池堆10的进气需求调节空压机能量回收涡轮300的扇叶角度。
通过调节空压机能量回收涡轮300的扇叶角度，从而调节密封管道中空气流通面积，以此调整燃料电池堆的目标入堆压力。在一些实施方式中，涡轮扇叶角度控制器600中设置有涡轮扇叶角度调节单元610；涡轮扇叶角度调节单元610用于根据燃料电池堆10的功率值确定涡轮的扇叶角度；当燃料电池堆10的功率值小于第一功率阈值时，涡轮扇叶角度调节单元610控制空压机能量回收涡轮的扇叶角度减小；当燃料电池堆10的功率值大于第二功率阈值时，涡轮扇叶角度调节单元610控制空压机能量回收涡轮的扇叶角度增大。
当燃料电池堆10处于低功率运行时，为了维持空气入堆压力，需要减小排气管路空气流通面积，也就是减小空压机能量回收涡轮300的扇叶角度，因此通过减小空压机能量回收涡轮300的扇叶角度即可维持燃料电池堆10的空气入堆压力；与之对应的，当燃料电池堆处于高功率运行时，此时排气流量较大，需要增大空压机能量回收涡轮300的扇叶角度。
在一些实施方式中，燃料电池的气流控制系统还包括：第二截止阀420；第二截止阀420设置在燃料电池堆10的出气口与空压机能量回收涡轮300的进气口之间；第二截止阀420，用于当燃料电池堆10的出气口处的密封管道中没有气流时，对燃料电池堆10的出气口进行密封。具体的说，第二截止阀420也是机械单向截止阀，当密封管道中有气流时能够吹动该阀门打开，从而实现空气流动；当密封管道中没有空气流动时，阀门会自动关闭，从而进一步对燃料电池堆10进行密封。
在一些实施方式中，燃料电池的气流控制系统还包括：排气背压控制器700；排气背压控制器700分别与空压机能量回收涡轮300和燃料电池堆10相连接；排气背压控制器700，用于根据燃料电池堆10的排气背压需求调节空压机能量回收涡轮300的工作状态，并控制燃料电池堆10的废水排出。
空压机能量回收涡轮300在进行运转的过程中，势必影响燃料电池堆10中相关管路的压力值。由于燃料电池堆10中还需要对发电过程中产生的水进行排出，这个过程依靠燃料电池堆10中相关管路的排气背压，而空压机能量回收涡轮300运转过程中，可利用排气背压控制器700根据燃料电池堆10的排气背压需求调节空压机能量回收涡轮300的工作状态，进而将燃料电池堆10的废水排出。
从上述实施例中提到的燃料电池的气流控制系统可知，该燃料电池的气流控制系统利用空压机能量回收涡轮可将燃料电池堆中废气所带的动能进行回收并用于空压机的运转，从而提高空压机的运转效率，进而提升燃料电池系统的效率。
本发明实施例还提供一种燃料电池的气流控制方法，该燃料电池的气流控制方法应用于上述实施例中提到的燃料电池的气流控制系统；该方法用于控制燃料电池堆的进气和排气；燃料电池的气流控制系统至少包括：空压机、中冷器、空压机能量回收涡轮以及至少一个截止阀；
如图3所示，该方法包括：
步骤S301，根据燃料电池堆的目标入堆压力控制空压机将外界空气通过中冷器输入至燃料电池堆的进气口；其中，进气口中设置的第一截止阀在燃料电池堆的进气口处的密封管道中没有气流时，对燃料电池堆的进气口进行密封。
具体的说，燃料电池堆启动后需要控制中冷器进入工作状态，空压机将外界空气进行压缩后经过密封管道输送到中冷器，中冷器将外界空气进行冷却并在空压机的推动下将空气输送至燃料电池堆中，并在燃料电池堆中形成入堆压力。这个过程中，燃料电池堆的目标入堆压力为控制燃料电池的气流控制的标准参数，用于作为燃料电池堆入堆压力的目标。
步骤S302，获取燃料电池堆的实际入堆压力，根据实际入堆压力与目标入堆压力的压差确定空压机能量回收涡轮的调节参数。
由于燃料电池堆的目标入堆压力为控制燃料电池的气流控制的标准参数，因此燃料电池堆运行的过程中产生的实际入堆压力需要通过空压机进行调整，使其与目标入堆压力相等。这个过程中，空压机的运行状态需要通过空压机能量回收涡轮进行调节，因此根据实际入堆压力与目标入堆压力的压差确定空压机能量回收涡轮的调节参数。例如，若实际入堆压力小于目标入堆压力，则表明燃料电池堆的入堆压力较小，需要提高空压机的功率，因此可提高空压机能量回收涡轮的转速或减小扇叶角度。
步骤S303，利用调节参数对空压机能量回收涡轮的扇叶角度及转速进行调节，控制空压机的工作状态，使得燃料电池堆的实际入堆压力等于目标入堆压力。
调节参数确定后，即可将其用于空压机能量回收涡轮的控制过程，进而控制空压机的工作状态，最终使得燃料电池堆的实际入堆压力等于目标入堆压力。
上述过程可通过以下过程来进行进一步解释，首先根据燃料电池堆的请求功率的大小以及当前燃料电池堆的输出电压，确定当前目标运行电流的大小。然后根据当前目标运行电流确定燃料电池堆的目标入堆压力，进而根据目标入堆压力，然后根据实际入堆压力与目标入堆压力的压差确定空压机能量回收涡轮的转速以及扇叶角度。
在具体实施过程中，燃料电池系统启动后，空压机能量回收涡轮转速与目标电堆入堆压力实时调节，例如，当前VCU请求功率为60kw，FCU经过换算后目标电流为279.1A，查表得到目标电堆入堆压力为207kpa，经过上方第三步计算得出涡轮转速为3590rpm；当VCU请求功率为25kw时，FCU经过换算后目标电流为100A，查表得到目标电堆入堆压力为133kpa，经过上方第三步计算得出涡轮转速为1980rpm。
由此可见，在使用燃料电池的气流控制方法进行控制的过程中，燃料电池系统运行时需要将空气入堆压力作为调节能量回收涡轮转速的首要参考，在满足电堆空气入堆压力的前提下实现了废气能量回收，提高了燃料电池的效率。经过仿真验证，该燃料电池的气流控制方法在燃料电池系统不同运行工况下均可提高燃料电池系统效率，最大可提高系统效率4.3%。
该实施例中的燃料电池的气流控制方法，与上述方法实施例中提供的燃料电池的气流控制系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。
本实施例还提供一种燃料电池系统，如图4所示，燃料电池系统至少包括燃料电池堆10以及气流控制系统20；其中，气流控制系统20为上述实施例中提到的燃料电池的气流控制系统；气流控制系统20对燃料电池堆10中的气流进行控制时，采用上述实施例中提到的燃料电池的气流控制方法。
该燃料电池系统可设置在燃料电池车、燃料电池发电设备以及其它使用燃料电池的相关领域中。该燃料电池系统运行时，将空气入堆压力作为调节能量回收涡轮转速的首要参考，在满足电堆空气入堆压力的前提下实现了废气能量回收，提高了燃料电池系统的效率。
本实施例还提供一种电子设备，为该电子设备的结构示意图如图5所示，该设备包括处理器101和存储器102；其中，存储器102用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述燃料电池的气流控制方法。
图5所示的服务器还包括总线103和通信接口104，处理器101、通信接口104和存储器102通过总线103连接。
其中，存储器102可能包含高速随机存取存储器（RAM，Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。总线103可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口104用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接，将封装好的IPv4报文或IPv4报文通过网络接口发送至用户终端。
处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本公开实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器102，处理器101读取存储器102中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行前述实施例的方法的步骤。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以用软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池的气流控制系统，其特征在于，所述系统用于控制燃料电池堆的进气和排气，所述系统至少包括：空压机、中冷器、空压机能量回收涡轮以及至少一个截止阀；所述燃料电池的气流控制系统中的上述组件之间通过密封管道相连接；
其中，所述空压机的进气口用于输入外界空气；所述空压机的出气口与所述中冷器相连接；所述中冷器的出气口经过第一截止阀与所述燃料电池堆的进气口相连接；所述燃料电池堆的出气口与所述空压机能量回收涡轮的进气口相连接；所述空压机能量回收涡轮与所述空压机的叶轮同轴连接；所述空压机能量回收涡轮的出气口用于输出所述燃料电池堆产生的废气；
其中，所述空压机，用于将所述外界空气输入至所述燃料电池堆；
所述中冷器，用于对所述外界空气进行冷却；
所述第一截止阀，用于当所述燃料电池堆的进气口处的密封管道中没有气流时，对所述燃料电池堆的进气口进行密封；
所述空压机能量回收涡轮，用于利用所述燃料电池堆产生的废气带动与所述空压机能量回收涡轮同轴的所述空压机的叶轮，向所述空压机提供动力。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的气流控制系统，其特征在于，所述燃料电池的气流控制系统还包括：涡轮转速控制器；所述涡轮转速控制器与所述空压机能量回收涡轮相连接；
所述涡轮转速控制器，用于根据所述燃料电池堆的进气需求调节所述空压机能量回收涡轮的转速。
3.根据权利要求2所述的燃料电池的气流控制系统，其特征在于，所述涡轮转速控制器中设置有转速计算单元；所述转速计算单元用于根据所述燃料电池堆的运行参数确定所述空压机能量回收涡轮的转速；
所述转速计算单元在确定所述空压机能量回收涡轮的转速时，采用如下算式：
Figure P_220829165451919_919638001
；
其中；
Figure F_220829165451314_314691002
为所述空压机能量回收涡轮的转速，单位rpm；
Figure F_220829165451361_361541003
为转速前馈值；
Figure P_220829165451950_950896003
为比例系数；
Figure P_220829165451966_966565004
为所述燃料电池堆的目标入堆压力与实际入堆压力的压差，单位kpa；
Figure P_220829165451982_982135005
为积分系数；t为积分时间，单位s。
4.根据权利要求3所述的燃料电池的气流控制系统，其特征在于，所述转速计算单元还包括：目标入堆压力计算模块；所述目标入堆压力计算模块用于根据所述燃料电池堆的电流参数计算所述燃料电池堆的目标入堆压力；
所述目标入堆压力计算模块在计算所述燃料电池堆的目标入堆压力时，采用如下算式：
Figure P_220829165451997_997765001
；
其中，
Figure P_220829165452029_029029001
为所述燃料电池堆的目标入堆压力，单位kpa；
Figure P_220829165452060_060258002
为所述燃料电池堆的当前目标运行电流，单位A。
5.根据权利要求1所述的燃料电池的气流控制系统，其特征在于，所述燃料电池的气流控制系统还包括：涡轮扇叶角度控制器；所述涡轮扇叶角度控制器与所述空压机能量回收涡轮相连接；
所述涡轮扇叶角度控制器，用于根据所述燃料电池堆的进气需求调节所述空压机能量回收涡轮的扇叶角度。
6.根据权利要求5所述的燃料电池的气流控制系统，其特征在于，所述涡轮扇叶角度控制器中设置有涡轮扇叶角度调节单元；所述涡轮扇叶角度调节单元用于根据所述燃料电池堆的功率值确定所述空压机能量回收涡轮的扇叶角度；
当所述燃料电池堆的功率值小于第一功率阈值时，所述涡轮扇叶角度调节单元控制所述空压机能量回收涡轮的扇叶角度减小；
当所述燃料电池堆的功率值大于第二功率阈值时，所述涡轮扇叶角度调节单元控制所述空压机能量回收涡轮的扇叶角度增大。
7.根据权利要求1所述的燃料电池的气流控制系统，其特征在于，所述燃料电池的气流控制系统还包括：第二截止阀；所述第二截止阀设置在所述燃料电池堆的出气口与所述空压机能量回收涡轮的进气口之间；
所述第二截止阀，用于当所述燃料电池堆的出气口处的密封管道中没有气流时，对所述燃料电池堆的出气口进行密封。
8.根据权利要求1所述的燃料电池的气流控制系统，其特征在于，所述燃料电池的气流控制系统还包括：排气背压控制器；所述排气背压控制器分别与所述空压机能量回收涡轮和所述燃料电池堆相连接；
所述排气背压控制器，用于根据所述燃料电池堆的排气背压需求调节所述空压机能量回收涡轮的工作状态，并控制所述燃料电池堆的废水排出。
9.一种燃料电池的气流控制方法，其特征在于，所述燃料电池的气流控制方法应用于权利要求1至8任一项所述的燃料电池的气流控制系统；所述方法用于控制燃料电池堆的进气和排气；所述燃料电池的气流控制系统至少包括：空压机、中冷器、空压机能量回收涡轮以及至少一个截止阀；
所述方法包括：
根据所述燃料电池堆的目标入堆压力控制所述空压机将外界空气通过所述中冷器输入至所述燃料电池堆的进气口；其中，所述进气口中设置的所述第一截止阀在所述燃料电池堆的进气口处的密封管道中没有气流时，对所述燃料电池堆的进气口进行密封；
获取所述燃料电池堆的实际入堆压力，根据所述实际入堆压力与所述目标入堆压力的压差确定所述空压机能量回收涡轮的调节参数；
利用所述调节参数对所述空压机能量回收涡轮的扇叶角度及转速进行调节，控制所述空压机的工作状态，使得所述燃料电池堆的实际入堆压力等于所述目标入堆压力。
10.一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统至少包括燃料电池堆以及气流控制系统；其中，所述气流控制系统为上述权利要求1至8任一项所述的燃料电池的气流控制系统；
所述气流控制系统对所述燃料电池堆中的气流进行控制时，采用如权利要求9所述的燃料电池的气流控制方法。
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